Когда заряженные частицы солнечного ветра летят сквозь межпланетное пространство, они взаимодействуют с находящимися в нем объектами. Частицы могут сталкиваться и поглощаться, а также менять траекторию. Например, магнитное поле Земли при взаимодействии с солнечным ветром образует кокон: с солнечной стороны его поверхность приближается к планете, а позади образуется вытянутый хвост. Поверхность, на которой заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с магнитным полем планеты и начинают замедляться, называется ударной волной.

Марс не обладает глобальным магнитным полем, однако ударная волна перед ним все же существует. Она образуется в ионосфере – верхнем слое атмосферы, содержащем заряженные частицы. Кроме того, из-за того, что Марс обладает относительно слабой радиацией, большое количество атомарного и молекулярного газа скапливается в экзосфере, где этот материал напрямую взаимодействует с солнечным ветром.

Космический аппарат Mars Express изучал состояние атмосферы планеты и ее взаимодействие с солнечным ветром, включая положение ударной волны (орбита спутника ее пересекает), на протяжении пяти марсианских лет. Собранные данные позволили европейским ученым подробно проанализировать, под действием каких факторов меняется расстояние от ударной волны до планеты.

Очевидно, что ударная волна отдаляется от планеты в периоды ослабления солнечного ветра. С другой стороны, эти периоды совпадают с увеличением количества солнечного излучения на экстремально ультрафиолетовых длинах волн. Под его действием атомы и молекулы в верхних слоях атмосферы активнее превращаются в ионы и электроны, которые создают дополнительную преграду солнечному ветру, еще сильнее отодвигая ударную волну от планеты.

Другим фактором, влияющим на взаимодействие атмосферы Марса с солнечным ветром, является орбитальное положение планеты. Марс находится на более вытянутой эллиптической орбите, чем Земля, и расстояние от него до Солнца колеблется между 206 и 249 млн км, т.е. приблизительно на 20%.

По данным Mars Express было установлено, что в среднем ударная волна приближается к Марсу в афелии (т.е. в дальней точке от Солнца) и находится дальше от планеты в перигелии (в период сближения с Солнцем). Среднее расстояние от поверхности Марса на терминаторе до ударной волны в этих точках составляет соответственно 8102 км и 8984 км. Таким образом, колебания ударной волны в зависимости от орбитального положения Марса составляют приблизительно 11%.

Команда ученых проверила ранее выдвинутую гипотезу о том, что в южном полушарии Марса ударная волна находится дальше от планеты. Оказалось, что широтная асимметрия присутствует, но является крайне незначительной и не превышает 2,4%. Сравнимые колебания поверхности ударной волны наблюдаются и вне привязки к полушариям.

На формирование ударной волны влияют помимо перечисленных выше факторов плотность солнечного ветра, сила межпланетного магнитного поля и солнечная иррадиация. Все они убывают с увеличением расстояния до Солнца.

Все факторы оказывают различное влияние на ударную волну, и разделить их достаточно сложно. Поэтому астрономы пытались выделить один доминирующий параметр. Сюрпризом стало то, что что ударная волна более чувствительна к экстремально ультрафиолетовому излучению Солнца, чем к колебаниям плотности солнечного ветра. Этот механизм был описан выше.

Кроме этого, ученые обнаружили корреляцию между расстоянием до ударной волны и количеством пыли в марсианской атмосфере. Сезон пылевых бурь совпадает с перигелием Марса, когда планета получает больше солнечного тепла, и ее температура возрастает. Поднимающаяся во время бурь пыль попадает в атмосферу и ионосферу планеты, косвенно воздействуя на их способность противостоять солнечному ветру, однако прямого влияния бурь на положение ударной волны астрономы не нашли. Сбор данных об этом явлении будет одним из направлений будущих исследований.

Кроме того, астрономы хотят проанализировать аналогичный массив данных о Венере, собранный межпланетной станцией Venus Express. В дальнейшем они смогут сравнить эти данные с Марсом. Такое сравнение позволит точнее разделить различные факторы, влияющие на формирование и динамику ударной волны.


http://kosmolenta.com/index.php/1096-2017-08-23-mars-bow-shock
https://phys.org/news/2017-08-martian.html